(57)【要約】【課題】小型化、高電圧化、低価格化が可能な静止誘導機器の提供。【解決手段】ＨＩＳ巻きの静止誘導機器の電圧印加部の次のコイルセクションの最内側コイル導体のみを除去してその代わりに、電界緩和装置を一ターン分巻き込んで配置する。電界緩和装置は、電圧印加コイルセクションの最内側のコイル導体と軸方向に対応した位置に設けられる。【効果】小型化、高電圧化、低価格化が可能で、電磁波障害も軽減できる。【選択図】図１
2010219338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル導体により構成されて直列接続され、軸方向に重ねられた複数個の円板状のコイルセクションと、
上記コイルセクション間に冷媒流路を形成するスペーサ装置と、
上記コイルセクションの最内側に配置され、該コイルセクションの上記コイル導体と同電位の電界緩和装置とを備えた静止誘導機器において、
上記電界緩和装置が、上記コイルセクションのうちの電圧印加コイルセクションに対して軸方向に隣接するコイルセクションについてだけ設けられていることを特徴とする静止誘導機器。
【請求項２】
上記電界緩和装置が、上記電圧印加コイルセクションの最内側のコイル導体に軸方向に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導機器。
【請求項３】
上記電界緩和装置が、上記隣接するコイルセクションの最内側の上記コイル導体の位置に一ターン分巻き込んで配置されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の静止誘導機器。
【請求項４】
上記電界緩和装置が、シールド導体と誘電体とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の静止誘導機器。
【請求項５】
上記電界緩和装置が、上記隣接するコイルセクションと上記最内側のコイル導体との間を充填する電界緩和樹脂モールドを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の静止誘導機器。
【請求項６】
上記電界緩和装置の径方向寸法が、上記コイル導体の径方向寸法と等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の静止誘導機器。
【請求項７】
上記電界緩和装置の軸方向寸法が、上記コイル導体の軸方向寸法と等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の静止誘導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静止誘導機器に関するものであり、特に円板状のコイルセクションの電界緩和構造を持つ静止誘導機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静止誘導機器、例えば変圧器の巻線構造の決定に当たってまず考えることは、系統からの雷サージの侵入に対して巻線の電位分布が全長に亘って均等で、且つ巻線の占積率（巻線断面に占める導体の比）が高く、作業性が良い巻線構造とすることである。この様な要求を満たす巻線構造の一つとしてＨＩＳ巻線（高直列容量巻線）が従来から広く使用されている。この巻線は相隣り合う導体間に電気的に離れた電位のコイル導体を配置する構造で、その巻き方の工夫により電位分布を改善する方法が今まで数多く提案されている。しかし、このＨＩＳ巻線はその構造から相隣り合うコイルセクション（円板状コイル）間にコイルセクション当たりの巻回数の約３倍の電位差が生じ、この部分に相当するコイルセクションの最内側のコイル導体に電界が集中するため絶縁の最弱点部分となり、機器の高電圧化の制約となっている。
【０００３】
このような高直列容量巻線を持つ静止誘導機器における電界集中の問題を解決するために、円板状のコイルセクションのコイル導体の径方向内側に、最内側のコイル導体と同一の電位を有するシールド導体を１ターン巻き込んでコイルセクションを構成した構造が提案されている。コイルセクションをこのようなシールド導体を巻き込んで構成することによって、電界緩和されて絶縁距離が減少し、コイル高さが減少でき、コイルが小形化することにより、絶縁信頼性が向上した小形化した静止誘導機器の巻線が得られる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこのような静止誘導機器においては、電界緩和装置はすべてのコイルセクションについてコイルの最内側のコイル導体に１ターンずつ挿入されている。このことは巻線の占積率（巻線断面に占める導体の比）が小さくなることとなり、機器の高電圧化を制約することとなる。また全てのコイルセクションに電界緩和装置を挿入するために、作業時間が増加し、工程の増加による機器の価格増大が発生する。
【０００６】
従って本発明の目的は、電界緩和装置を電圧印加部周辺に効率的に配置し、電界を緩和して機器の高電圧化、小型化、シールド材の削減を実現した静止誘導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の静止誘導機器は、コイル導体により構成されて直列接続され、軸方向に重ねられた複数個の円板状のコイルセクションと、上記コイルセクション間に冷媒流路を形成するスペーサ装置と、上記コイルセクションの最内側に配置され、該コイルセクションの上記コイル導体と同電位の電界緩和装置とを備えた静止誘導機器において、上記電界緩和装置が、上記コイルセクションのうちの電圧印加コイルセクションに対して軸方向に隣接するコイルセクションについてだけ設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の静止誘導機器によれば、機器の高電圧化、小型化、シールド材の削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施形態１の静止誘導機器の電界緩和装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の電界緩和装置の拡大概略図である。
【図３】この発明の電界緩和装置を備えていない静止誘導機器におけるコイルセクションの内端部における電界を示す概略図である。
【図４】この発明の電界緩和装置を備えた静止誘導機器におけるコイルセクションの内端部における電界を示す概略図である。
【図５】この発明の実施形態２に係る電界緩和装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１にこの発明の実施の形態１に係るＨＩＳ巻きの静止誘導機器の巻線構造図を示す。静止誘導機器の巻線装置の軸心ＣＬの方向に延びた絶縁筒１には、周方向に間隔を置いて軸方向に延びた複数の軸方向スペーサ２が取り付けられている。また軸方向スペーサ２には、軸方向および周方向に間隔を置いて放射状に配置されて径方向に延びた径方向スペーサ６が取り付けられている。径方向スペーサ６の間には、高直列容量巻線構造により配置された円板状のコイルセクションＳ１〜Ｓ３、…ＳｎおよびＳ１’〜Ｓ３’、…Ｓｎ'が設けられていて、コイルセクションＳ１〜Ｓ３、…Ｓｎ、Ｓ１’〜Ｓ３’、…Ｓｎ'間には、軸方向スペーサ２および径方向スペーサ６で構成されたスペーサ装置９により冷媒流路８が形成されている。以後、簡単のためＳ３までの記述とする。
【００１２】
複数個の円板状のコイルセクションＳ１〜Ｓ３およびＳ１’〜Ｓ３’は、それぞれコイル導体５により構成されていて、互いに軸方向に重ねられ、直列接続されてＨＶ巻線を構成している。ＨＶ巻線内のコイル導体５の位置は、図１中にコイル導体５の断面内に番号１〜２７および１’〜２７’を付して示してある。コイルセクションＳ１は１〜４および８〜１１番のコイル導体５により構成され、コイルセクションＳ２は５〜７および１２〜１５番のコイル導体５により構成され、コイルセクションＳ３は１６〜１９および２４〜２７番のコイル導体５により構成されている。同様に、コイルセクションＳ１’は１’〜４’および８’〜１１’番のコイル導体５により構成され、コイルセクションＳ２’は５’〜７’および１２’〜１５’番のコイル導体５により構成され、コイルセクションＳ３’は１６’〜１９’および２４’〜２７’番のコイル導体５により構成されている。図示はしないが上下端であるコイルセクションＳｎ、Ｓｎ’は接地されている。絶縁筒１の内側には絶縁距離Ｌだけ離れてＬＶ巻線が設けられ、ＨＶ巻線とともに巻線装置を構成している。
【００１３】
雷サージが侵入した場合には、サージ電圧の印加部であるコイルセクションＳ１、Ｓ１’に最も高いサージ電圧が掛かり、コイルセクションＳ２、Ｓ３およびＳ２’、Ｓ３’の順に次第に分担電圧が低下する。従って、絶縁距離ＬはコイルセクションＳ１、Ｓ１’の最内側のコイル導体に発生する電界によって絶縁破壊しないよう決定され、機器の高電圧化、小型化に影響を与える。またコイルセクション間が絶縁破壊しないようにスペーサ６の厚さｔ０、ｔ１〜ｔ３、ｔ１’〜ｔ３’が決定されており、コイル導体端部の微小ギャップ部の電界によってこのスペーサ厚が決定されている。
【００１４】
このようなサージ電圧によって発生する電界を緩和するために、シールド導体４、４’及び誘電体３、３’によって構成された電界緩和装置１０を電圧印加セクションの上下のコイルセクションＳ２、Ｓ２’のみの最内側に、その位置のコイル導体を１つ除いて挿入する。すなわち、電界緩和装置１０は、コイルセクションＳ１〜Ｓ３、Ｓ１’〜Ｓ３’のうちの電圧印加コイルセクションＳ１、Ｓ１’に対して軸方向に隣接するコイルセクションＳ２、Ｓ２’についてだけ、コイルセクションＳ２、Ｓ２’の径方向の最内側に配置され、コイルセクションＳ２、Ｓ２’の径方向の最内側の１２番のコイル導体５と同電位にされている。このように、電界緩和装置１０は、電界緩和装置１０が挿入されなければ存在した最内側のコイル導体５が除去されて、その位置に代わりに挿入されたものであるとも言える。
【００１５】
電界緩和装置１０は、軸方向スペーサ２に隣接して１２番のコイル導体５とほぼ平行に延びる誘電体３と、誘電体３とコイルセクションＳ２、Ｓ２’の最内側の１２、１２’番のコイル導体５との間で１２、１２’番のコイル導体５に隣接して配置されたシールド導体４とを備えている。誘電体３およびシールド導体４の材質は公知のものでよい。
【００１６】
図示の例では、図２に示すように、電界緩和装置１０の径方向寸法すなわち厚さｔ１０は、そのコイルセクションＳ２、Ｓ２’のコイル導体５（１２、１２’番）の径方向寸法ｔｃに等しく、従って電界緩和装置１０、１０’は、軸方向に隣接のコイルセクションＳ１、Ｓ３、Ｓ１’、Ｓ３’の最内側のコイル導体５（１１、２７、１１’２７’番）に対して同じ径方向位置にあり、軸方向に整列している。また、電界緩和装置１０の軸方向寸法すなわち幅ｗ１０はコイル導体５（１〜２７、１’〜２７’番）の軸方向寸法すなわち幅Ｗと等しくされている。
【００１７】
このようにコイル導体を除去することによっても上下の最内側のコイル導体間の距離が大きくなって、コイル導体端部の微小ギャップ電界を緩和することができるが、電界緩和装置１０の電界緩和効果を合わせることでコイル導体端部の微小ギャップ部の電界緩和をさらに向上させることが可能である。
【００１８】
以上の説明から明らかなように、この発明の静止誘導機器は、コイル導体５（１〜２７、１’〜２７’番）により構成されて直列接続され、軸方向に重ねられた複数個の円板状のコイルセクションＳ１〜Ｓ３、Ｓ１’〜Ｓ３’と、コイルセクションＳ１〜Ｓ３、Ｓ１’〜Ｓ３’間に冷媒流路を形成するスペーサ装置９と、コイルセクションＳ１〜Ｓ３、Ｓ１’〜Ｓ３’の最内側に配置され、該コイルセクションの１２番のコイル導体５と同電位の電界緩和装置１０とを備えている。この電界緩和装置１０は、コイルセクションＳ１〜Ｓ３、Ｓ１’〜Ｓ３’のうちの電圧印加コイルセクションＳ１、Ｓ１’に対して軸方向に隣接するコイルセクションＳ２、Ｓ２’についてだけ設けられている。
【００１９】
図示の例では、電界緩和装置１０は、電圧印加コイルセクションＳ１、Ｓ１’の最内側のコイル導体５（１１、１１’番）に軸方向に対応する位置であって、さもなければ最内側のコイル導体５が配置されるべき位置に、設けられている。換言すれば、電界緩和装置１０は、コイルセクションＳ２、Ｓ２’の最内側の１２番のコイル導体５の位置に一ターン分巻き込んで配置されているとも言える。また、電界緩和装置１０は、径方向寸法すなわち厚さｔ１０がコイル導体５（１〜２７、１’〜２７’番）の径方向寸法すなわち厚さｔｃと等しく、軸方向寸法すなわち幅ｗ１０がコイル導体５（１〜２７、１’〜２７’番）の軸方向寸法すなわち幅Ｗと等しくされている。
【００２０】
図３に従来の巻線構造における等電位線図を示し、図４に本発明によりコイルセクションＳ２について、最内側のコイル導体を除去して代わりに電界緩和装置１０を挿入した場合における等電位線図を示す。これらの図より、コイルセクションＳ２に電界緩和装置１０を挿入した場合は、通常の巻線構造の場合と比較して、電気力線同士の間隔が大きくなり、その結果最内側のコイル導体５の素線端部の微小ギャップ部の電界値が減少する。さらに電界緩和装置１０によって挿入セクションの隣り合うコイル導体５の素線端部の微小ギャップの電界が大きく緩和されることが理解できる。
【００２１】
このような構造とすれば電界緩和装置１０を挿入したコイルセクションＳ２の最内側の上下のコイル導体５の素線端部の電界を緩和することが可能であり、従って、コイルセクションＳ１〜Ｓ３およびＳ１’〜Ｓ３’の１１、１２、２７番および１１’、１２’、２７’番の内側のコイル導体５の電界集中を緩和することができる。このように電界集中を緩和することにより、ＨＶコイルとＬＶコイルの絶縁距離Ｌを電界緩和装置１０を挿入しない場合と比較して低減することが可能である。さらにコイルセクション間の径方向スペーサ６の厚さｔ０、ｔ１〜ｔ３、ｔ１’〜ｔ３’も低減させることができる。このように高耐圧化することにより機器を高電圧化しても従来と比較して絶縁距離を縮小した構造とすることができるため、小型化が図れる。さらに、挿入する電界緩和装置１０は２本のみであるためシールド材の削減に繋がる。
【００２２】
実施の形態２．
図５には実施の形態２に係る静止誘導機器の電界緩和装置１１の構造を示す。この電界緩和装置１１においては、実施の形態１と同様にシールド配置されるが、シールド挿入セクションの最内側の導体すなわち１２番のコイル導体５と電界緩和装置１１のシールド導体４との間の空間に電界緩和樹脂モールド７が充填されて設けられている。このように、電界緩和装置１１は、誘電体３と、シールド導体４とを備えている他に、シールド導体４とコイルセクションＳ２の最内側の１２番のコイル導体５との間に充填された電界緩和樹脂モールド７を備えている。電界緩和樹脂の誘電率をコイル導体の絶縁被覆と同等とすれば、誘電率の比が充填しない場合の３〜３.６から１程度に低減され、結果としてコイル導体端部の電界集中を緩和することが可能である。
【００２３】
以上に説明したとおり、ＨＩＳ巻きの静止誘導機器の電圧印加部の次のコイルセクションＳ２、Ｓ２’の最内側のコイル導体５のみを取り除いてその位置のみに電界緩和装置１０、１１を挿入することで、最も絶縁破壊が生じ易い印加セクションＳ１及び次（上下）Ｓ２とその次（上下）Ｓ３のセクションの最内側にできるコイル導体端部の微小ギャップ部に発生する電界を緩和することができ、ＨＶ巻線全体のコイル導体端部の微小ギャップ部に発生する電界によって決定されるＨＶ巻線とＬＶ巻線との間の距離Ｌを電界緩和装置１０、１１を挿入しない場合と比較して低減することができる。従って、機器の小型化が図れる。電界緩和装置１０、１１は誘電体３が最内側となるよう配置される。この誘電体３により等電位線が歪曲し、１つ上および下のコイルセクションの最内側のコイル導体端部の電界を緩和することができる。また最内側よりも１つ内側に配置される電界緩和装置１０、１１は隣り合うコイル導体５と同電位に保たれ、その隣り合うコイル導体端部電界を大きく緩和できる。つまり、印加コイルセクションＳ１、Ｓ１’の次のコイルセクションＳ２、Ｓ２’に電界緩和装置１０あるいは１１を１つずつ挿入するだけで一番絶縁破壊が生じ易いコイルセクションのコイル導体端部の微小ギャップ電界を緩和することができる。このように効率的に静電シールド材及び誘電体を挿入することにより、部材を削減することができるので占積率が上昇し、このことによっても機器の高電圧化若しくは小型化、またその効果による低価格化を図ることができる。
【００２４】
以上に図示して説明した静止誘導機器は単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
この発明は静止誘導機器に利用できるものである。
【符号の説明】
【００２６】
１  絶縁筒、２  軸方向スペーサ、３  誘電体、４  シールド導体、５  コイル導体、６  径方向スペーサ、７  電界緩和樹脂モールド、８  冷媒通路、９  スペーサ装置、１０、１１  電界緩和装置、ＣＬ  軸心、Ｌ  絶縁距離、Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１’〜Ｓ３’  コイルセクション（Ｓ１、Ｓ１’  電圧印加コイルセクション、Ｓ２、Ｓ２’  隣接するコイルセクション）、ｔｃ  径方向寸法、Ｗ  幅、ｗ１０  幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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